基于核壳结构粉体设计的CoNiCrAlY-Al2O3复合涂层组织结构及其抗氧化性能

谷籽旺，郭文敏，张弘鳞，李文娟

(1 邵阳学院 机械与能源工程学院，湖南 邵阳 422000；2 邵阳学院高效动力系统智能制造湖南省重点实验室，湖南 邵阳 422000)

CoNiCrAlY涂层作为黏结涂层广泛应用于热障涂层(thermal barrier coating, TBC)中，可显著延长发动机热端部件的使用寿命并提高发动机效率[1-3]。该黏结涂层还能协调热障陶瓷涂层与合金基体的热膨胀系数差异，提高热障涂层体系与基体的结合强度[4]。其中，高温抗氧化性能是黏结涂层最为重要的性能指标之一，是影响热障涂层体系使用寿命的关键因素。研究表明，CoNiCrAlY涂层的高温抗氧化性能主要受以下两方面的影响。第一，由于热喷涂过程中粉末表面的氧化，显著降低了熔滴粒子之间的润湿性，降低涂层的结合强度[5]，同时会导致材料局部化学成分变化并引发相变[6]。涂层内部氧化物层富集区域通常成为裂纹产生源导致涂层断裂韧度较差[7-8]。喷涂过程中氧化形成的表面氧化物还会显著影响其随后的氧化行为，降低涂层的使用寿命[9]。第二，高温服役过程中由于Al/Cr等元素的选择性氧化，涂层表面形成热生长氧化物(thermally grown oxides, TGOs)，导致涂层内部局部区域Al含量降低至临界水平以下，其他非保护性热生长氧化物(如NiO、尖晶石相)迅速生长，并导致TBC失效[10]。Weng等[11]对比研究NiCoCrAlY与CoNiCrAlY涂层1050 ℃氧化性能，研究发现具有较高Al含量的NiCoCrAlY涂层具有更好的抗氧化性能。Feizabadi等[12]研究了不同Al含量CoNiCrAlY涂层在1000 ℃高温抗氧化性能，研究发现，高Al含量的CoNiCrAlY涂层氧化速率为5.1×10-3μm2·h-1，约为低Al含量涂层氧化速率的1/2。Jonca等[13]研究了热喷涂CoNiCrAlY/h-BN耐磨涂层在750 ℃和900 ℃下的高温抗氧化性能，研究发现涂层显示出高铝含量，表现出优异的抗氧化性。……